宏offsetof分析

1、前言

在C语言的结构体中，由于字节对齐的问题，所以成员的地址并不能直接根据数据类型的大小进行计算，使用宏offsetof可以获得结构体成员相对于结构体首地址的字节偏移量。

2、offsetof宏实现

在C标准库中offsetof的声明如下，需要包含头文件stddef.h：

size_t offsetof(type, member);

参数：

         type：结构体类型

         member：结构体中成员的名称

返回值：

         返回类型为size_t的值，表示type中member的偏移量

该宏在Linux内核源码内的实现如下：

#define offsetof(TYPE, MEMBER)   ((size_t)&((TYPE *)0)->MEMBER)

通过上面这个宏为什么能获取到结构体某个成员的偏移地址呢？首先，偏移地址的计算方法为：当前的成员地址-结构体首地址=偏移地址，在offsetof宏中，将0地址强制转换成了(TYPE *)类型，也就是说结构体的首地址为0，所以根据偏移地址计算方法，可以知道当前成员的地址也就等于偏移地址，所以宏offsetof将成员的地址取出并返回，获得的就是某个成员的偏移地址了，返回值为size_d，需要引起注意。

3、实例

下面是一个offsetof的使用实例，代码如下所示：

#include <stdio.h>
#include <stddef.h>
#include <stdlib.h>

struct s {
    int i;
    char c;
    double d;
    char a[];
};

int main(int argc, char *argv[])
{
    printf("sizeof(struct s)=%zd\n", sizeof(struct s));
    printf("offsets: i=%zd; c=%zd; d=%zd; a=%zd.\n",
            offsetof(struct s, i), offsetof(struct s, c),
            offsetof(struct s, d), offsetof(struct s, a));
    
    exit(EXIT_SUCCESS);
}

使用gcc编译后运行结果如下所示：

由于字节对齐的原因，所以结构体s的大小为16个字节，假设结构体首地址从0开始，由于int类型占用4字节，所以地址0到3为变量i所用，char类型占用1字节，地址4为变量c所用，由于需要字节对齐并且double类型的开始地址必须是8的整数倍，因此地址5到7被填充，double类型占用8字节，地址8到15被变量d所用，a的地址则从地址16开始，因此，通过宏offsetof便可以得到结构体成员的偏移地址。